卡罗拉而在磷酸铁锂电池赛道

当前,丰田面临的核心问题是解决电池技术难题,这也是其在混合动力和纯电动领域发展过程中的主要挑战。丰田正在将传统的镍氢电池逐步替换为锂电池,而在插电式混合动力技术方面,则需要更大容量、更高性能的电池。此外,将先进技术应用于经济型轿车如卡罗拉时,成本控制也是至关重要的。因此,选用磷酸铁锂电池似乎是一个理想的解决方案。

卡罗拉而在磷酸铁锂电池赛道-有驾

在磷酸铁锂电池领域,丰田计划复制其在镍氢电池时代的成功经验,采用双极技术。该技术通过将电池电极以背靠背的方式叠加,以提高能量密度和放电性能。理论上,应用双极技术后,在相同的电池尺寸和电芯材料基础上,电池性能有望实现翻倍。以纯电动汽车为例,采用丰田双极磷酸铁锂电池,可使车辆续航里程突破600公里门槛。

然而,这一技术可能无法及时应用于全新一代丰田卡罗拉的换代。丰田的技术规划显示,这种双极磷酸铁锂电池,即“普及型磷酸铁锂电池”,预计要到2026-2027年左右才能推出市场。在此之前,丰田将先推出高性能的三元锂电池,其纯电续航可突破1000公里。显然,后者的成本更高,且其推出时间也与全新丰田卡罗拉插混关系不大。

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然而,国内市场似乎有丰田所需的现成电池方案,那就是刀片电池。刀片电池作为高性能磷酸铁锂电池的一种,不仅能满足丰田的需求,还有平台方面的优势。我们之前分析过,丰田的新能源车平台与燃油车TNGA平台紧密相连。这种平台设计使得前后轴相对固定,同时轴距长度灵活可调,这在新能源车中是非常合适的。然而,关键问题在于电池模块的预留空间客观上限制了电芯布局的宽度调整。因此,丰田需要找到一种能够适应这种限制的电池方案,而刀片电池或许是一个不错的选择。

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如今,丰田最初的技术规划未能预见到电池技术的飞速进步。然而,仍有机会进行补救。例如,丰田展示的技术样品中,采用了双极磷酸铁锂电池,可在有限空间内提升性能表现。这些新电池摒弃了传统的方块模组设计,采用片状电池作为替代。但是,关于这些电池的规格宽度是否能够与比亚迪的刀片电池直接兼容,仍然存在疑问。丰田需要对此进行深入研究和验证。

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如果将刀片电池以纵向方式排列,便能避免尺寸问题,比亚迪也积极推广这种布局方式。在比亚迪新款海豹车型中,其刀片电池模块已调整为纵向布局。因此,对于即将在明年推出的全新丰田卡罗拉插混车型,采用刀片电池方案具有较高的可行性。即使后期更换为丰田自己的双极磷酸铁锂电池,也无需担心适配问题。

尽管插混车型的核心竞争力仍然是发动机技术,但在电池和平台兼容性方面,我们可以逻辑上推断出丰田实现超过2000公里综合续航的可能性。如果初期直接采用比亚迪刀片电池,全新丰田卡罗拉插混是否可能应用比亚迪的第五代DM技术呢?

可能性较小。丰田的功率分流技术已经进化到第四代,效率部分无需通过强制解耦三套动力源来提升。单向离合器的应用已经让内燃机与P1电机在某些特定情况下达成平衡。为了完全强制解耦,增加系统在体积、耐用性等方面的压力和风险,可能并不值得。因此,丰田更可能继续采用经受市场考验的动力逻辑。

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插混技术的核心难点在于功率分流时面临的马力不足问题。由于有三个动力源,它们之间的协同作用成为一大挑战,加上插混技术带来的车身重量增加,使得问题更加突出。为解决这一矛盾,我们需要一个更高效、马力更大的P3电机。丰田混动的驱动电机(P3)在改为平行轴布局后,性能有所提升,但若要实现全新的插混技术,电机的功率至少要提升至100kW以上。以比亚迪秦L为例,其电机功率已达到或超过120kW。相较之下,现有的丰田卡罗拉混动的电机功率仅为70kW,仍有较大的提升空间。

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高性能电池为电机性能的提升提供了可能,然而,在有限的发动机舱空间内,需要内燃机为电机腾出更多空间。以全新丰田卡罗拉插混为例,它采用了新一代发动机,提供1.5L和2.0L两种排量选择,其中1.5L排量包括自然吸气与涡轮增压两种版本。而全新丰田卡罗拉插混使用的是1.5L自然吸气发动机版本,这一选择为车辆性能的优化提供了更多可能性。

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三款发动机的共同特点是体积更小而功率更大。以1.5L自然吸气发动机为例,其采用四缸基础设计,相较于当前同排量的三缸发动机,其高度显著下降。从丰田全新卡罗拉曝光的设计图来看,预计新车发动机舱将呈现极低矮设计,旨在降低车辆的风阻系数。回到发动机本身,据丰田透露,其高度降低了10%。假设这10%的缩减完全来自于行程的缩短,那么新的1.5L发动机的缸径大约会在74mm左右,而单缸行程被控制在88mm以内。

然而,这种设计带来了新的挑战。丰田新开发的发动机的缸径行程比,出现了降低的趋势。尽管这种测算方法并非十分精确,但无论是1.5L还是2.0L排量的发动机,丰田新一代产品的缸径行程比最大值很难超过1.2,而高性能的2.0T版本甚至低于1.1。这与国内车企开发混动和增程式内燃机时追求的窄长型缸体设计,形成了鲜明对比。

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丰田的策略可简述为:专注于提升发动机在高强度、高转速工况下的性能,以适应直驱需求。为此,它依靠功率分流技术,将驱动低速阶段的职责交给大马力的电机。由于THS技术在应用时,有时需内燃机介入并拉高转速,丰田选择在发动机开发时便确立高转速基础。行星齿轮系统的优势在于理论上无耦合顿挫,有助于优化NVH性能。

然而,此方案在低工况下的发电效率存在缺陷。因此,在讲求经济性的1.5L发动机上,丰田仍保留一定程度的兼容性。插混技术配合大电池作为后盾,高性能内燃机既可提供高强度输出,又能兼顾发电。至于2.0T发动机,丰田对其在发电方面的作用并不强调,因为这仅是顺手可解决的问题。

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(海外版卡罗拉)

参考当前型号的数据,丰田卡罗拉混动版的最低油耗已经接近惊人的4L/100km。全新卡罗拉插混版本换上了全新的1.5L发动机和更大马力的电机,极有可能在馈电油耗方面进入“3L时代”(按照WLTC工况标准)。仅此一点,其在馈电油耗方面的表现已经足以与以比亚迪为代表的中国插混车型相媲美。此外,新车配备的电池容量更大、性能更高,综合续航里程突破2000公里,也便显得顺理成章。

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